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第一篇 绪论 3

第1章 概论 3

1.1 生物质精炼的概念与分类 4

1.1.1 概念及其基本要素 4

1.1.2 生物质精炼的分类 4

1.1.3 本书所探讨的生物质精炼的范畴 10

1.2 木质纤维素生物质精炼的基本原理与研究现状 10

1.2.1 基本原理 10

1.2.2 木质纤维素生物质精炼的研究现状 12

1.3 木质纤维素生物质精炼的挑战与机遇 23

1.3.1 木质纤维素生物质原料 23

1.3.2 转化工艺 24

1.3.3 产品 24

参考文献 25

第2章 木质纤维素生物质资源 44

2.1 生物质分类 45

2.1.1 能源作物 45

2.1.2 农业剩余物 46

2.1.3 森林剩余物 47

2.1.4 工业和城市废弃物 47

2.2 世界木质纤维素生物质资源 47

2.2.1 立木蓄积和生物量 48

2.2.2 碳储量 49

2.2.3 木材的砍除 50

2.2.4 经济林和多用途林的面积变化 50

2.3 我国木质纤维素生物质资源 50

2.3.1 农业剩余物 51

2.3.2 森林剩余物 53

2.3.3 退化土地的草类生物质 58

2.3.4 城市固体废弃物 59

参考文献 60

第二篇 木质纤维素的酶解顽抗性 67

第3章 影响木质纤维素酶解顽抗性的因素 67

3.1 木质生物质的顽抗性 67

3.2 生物质化学组成对酶解顽抗性的影响 69

3.2.1 木素 69

3.2.2 半纤维素 69

3.2.3 乙酰基 71

3.2.4 细胞壁蛋白质 71

3.3 生物质物理特性对酶解顽抗性的影响 72

3.3.1 可及表面积、颗粒尺寸和孔隙体积 72

3.3.2 纤维素结晶度 73

3.3.3 纤维素聚合度 74

3.4 化学组成和物理结构的交互影响 76

参考文献 77

第4章 木素对木质纤维素酶解顽抗性的影响 86

4.1 木素在木质纤维素中的含量、化学结构及分布 86

4.1.1 木素的类型及其含量 86

4.1.2 木素结构单元之间的化学连接 88

4.1.3 木素的功能基 88

4.2 纤维素酶的特性 88

4.3 木素-纤维素酶之间的作用 90

4.3.1 疏水作用 91

4.3.2 静电作用 92

4.3.3 氢键作用 94

4.4 木素对纤维素的立体或物理阻隔 95

4.5 木质纤维素酶解中非生产性吸附的阻止策略 96

参考文献 96

第三篇 木质纤维素的预处理技术 105

第5章 化学预处理 105

5.1 碱预处理 105

5.1.1 碱预处理技术的概述 105

5.1.2 氢氧化钠和碳酸钠预处理 106

5.1.3 氨预处理 110

5.1.4 氨水预处理 110

5.1.5 无水液氨预处理 111

5.1.6 氨解 111

5.1.7 石灰预处理 112

5.2 酸预处理 112

5.2.1 酸预处理的反应 112

5.2.2 稀酸预处理 114

5.2.3 浓酸预处理 115

5.3 室温离子液体 117

5.3.1 离子液体溶解纤维素及其机理 118

5.3.2 离子液体中纤维素的水解 121

5.4 氧化脱木素 124

5.4.1 过氧化氢 124

5.4.2 臭氧 124

5.4.3 湿氧化 124

5.5 有机溶剂预处理 125

5.5.1 反应机理 126

5.5.2 有机溶剂分离工艺 131

5.6 热水预处理 141

5.6.1 热水预处理的主要反应 141

5.6.2 热水抽提动力学 144

5.6.3 相对时间：反应时间和温度的混合影响 148

5.6.4 操作条件的影响 149

参考文献 155

第6章 物理预处理 175

6.1 传统机械预处理的类型 175

6.2 机械磨浆 177

6.2.1 制浆造纸工业中的机械磨浆 177

6.2.2 机械磨浆在生物质精炼中的应用 180

6.3 挤压预处理 184

6.3.1 挤压预处理工艺 184

6.3.2 单螺旋挤压机和双螺旋挤压机 185

6.3.3 挤压过程中的预处理作用 187

6.3.4 挤压处理的经济分析 190

6.4 高能辐射处理 192

6.4.1 γ射线辐射 192

6.4.2 微波处理 193

6.5.3 电子束辐射 194

6.4.4 超声波 195

6.5 影响机械尺寸降低过程的性能和能耗 196

6.5.1 生物质的结构与性能 196

6.5.2 最终产品的颗粒特性需求及设备 199

6.5.3 化学、物化与机械联合预处理 201

6.5.4 机械尺寸降低的能量效率 205

参考文献 207

第7章 物理化学预处理 218

7.1 蒸汽爆破 218

7.1.1 蒸汽爆破处理的作用过程与机理 218

7.1.2 蒸汽爆破预处理的关键影响因素 220

7.1.3 蒸汽爆破工艺 222

7.2 二氧化碳爆破 224

7.2.1 超临界二氧化碳预处理机理 224

7.2.2 超临界二氧化碳预处理影响因素 225

7.2.3 超临界二氧化碳工艺 228

7.3 烘焙 228

参考文献 229

第8章 预处理过程中酶解抑制剂的产生与控制 234

8.1 预处理过程中所产生的抑制剂 234

8.1.1 低分子量有机酸和呋喃 236

8.1.2 酚类化合物 238

8.2 抑制剂作用机理 241

8.2.1 脂肪酸 241

8.2.2 糠醛和HMF 242

8.2.3 酚类化合物 243

8.2.4 无机化合物 243

8.2.5 其他抑制剂 244

8.2.6 协同作用 244

8.3 消除或减轻抑制作用的策略 244

8.3.1 物理方法 245

8.3.2 化学方法 247

8.3.3 生物处理 249

8.3.4 发酵条件改善 251

8.3.5 提高酵母对抑制剂的适应性 253

8.3.6 改善抑制剂耐受性的酵母重组 254

8.3.7 提高酵母抑制剂耐受性的进化工程 256

参考文献 257

第四篇 木质纤维素生物能源 273

第9章 木质纤维素的水解糖化 273

9.1 纤维素酶解机理 273

9.2 影响纤维素酶解活性的因素 274

9.2.1 温度 274

9.2.2 pH 274

9.2.3 底物浓度 275

9.2.4 抑制剂及激活剂 275

9.3 提高木质纤维素酶解糖化效率的途径 275

9.3.1 产酶菌株优化及酶的生产 275

9.3.2 酶技术 277

9.3.3 酶解助剂 280

9.3.4 反应器的改进 282

9.3.5 外场辅助作用 285

9.3.6 酶的回收 285

参考文献 286

第10章 利用碳水化合物生产乙醇 292

10.1 水解和发酵工艺的模式 292

10.1.1 独立的酶解和发酵 292

10.1.2 同步糖化发酵 293

10.1.3 同步糖化共发酵 294

10.1.4 一体化生物加工过程 294

10.2 戊糖发酵生产乙醇 296

10.2.1 戊糖发酵生产乙醇的机理 296

10.2.2 自然界中能利用戊糖的微生物 296

10.2.3 木糖降解基因工程菌的构建 297

10.3 己糖发酵生产乙醇 300

10.3.1 利用己糖的微生物 300

10.3.2 己糖发酵生产乙醇的途径 300

10.3.3 混合糖发酵中基因技术的应用 300

10.4 乳酸发酵 301

10.5 琥珀酸发酵 302

参考文献 304

第11章 碳水化合物制氢 308

11.1 化学催化制氢 309

11.2 生物催化制氢 310

11.2.1 发酵产氢微生物 310

11.2.2 微生物发酵产氢代谢途径 312

11.2.3 氢酶 313

11.2.4 木质纤维素产氢的生物过程及工艺 315

11.2.5 木质纤维素生物转化氢气技术前景 317

11.3 生物转化合成途径 317

参考文献 320

第五篇 木质纤维素生物化学品、生物材料及其实践 329

第12章 半纤维素化学品 329

12.1 酶催化制备半纤维素化学品 329

12.1.1 酶解 330

12.1.2 乙醇 334

12.1.3 琥珀酸 334

12.1.4 木糖醇 334

12.1.5 丁二醇 338

12.1.6 其他化合物 341

12.2 通过化学转化制备半纤维素化学品 342

12.2.1 糠醛 342

12.2.2 5-HMF 345

12.2.3 乙酰丙酸 347

12.2.4 木糖醇 349

参考文献 350

第13章 木素化学品 367

13.1 木素的分离 368

13.1.1 硫酸盐木素 369

13.1.2 亚硫酸盐木素 369

13.1.3 烧碱木素 370

13.1.4 有机溶剂木素 370

13.1.5 快速热解木素 373

13.1.6 稀酸水解木素 374

13.1.7 水热分离木素 374

13.1.8 双相分离木素 375

13.2 木素的解聚 376

13.2.1 分离木素的热解 377

13.2.2 催化加氢热解 378

13.2.3 亚临界和超临界水处理 380

13.2.4 超临界溶剂处理 380

13.3 气化 381

13.3.1 传统气化 381

13.3.2 木素所形成的热解气 383

13.3.3 超临界水气化 383

13.4 木素的最终利用 384

13.4.1 燃料 385

13.4.2 芳香族化学品 386

参考文献 388

第14章 抽出物化学品 398

14.1 化学组成及其特性 398

14.1.1 萜烯和类萜 398

14.1.2 脂肪酸 401

14.1.3 酚类化合物 401

14.1.4 生物碱 403

14.2 木质纤维素中抽出物成分的分离 403

14.3 抽出物组分的应用 404

14.3.1 松节油 404

14.3.2 松香 406

14.3.3 甾醇类化合物 409

14.3.4 脂肪酸 410

14.3.5 酚类物质 410

14.3.6 生物碱 412

参考文献 412

第15章 纤维素材料 419

15.1 纤维素的结构 419

15.1.1 纤维素的链结构 419

15.1.2 纤维素聚集态结构 420

15.1.3 氢键网络结构 421

15.2 纤维素的物理性质 421

15.2.1 纤维素的溶胀 421

15.2.2 纤维素的溶解 422

15.3 纤维素的改性反应 425

15.3.1 酯类纤维素 425

15.3.2 磺化纤维素 425

15.3.3 醚类纤维素 426

15.3.4 醚酯类纤维素 426

15.3.5 交联纤维素衍生物 427

15.3.6 接枝共聚纤维素衍生物 427

15.4 纤维素材料 427

15.4.1 再生纤维素纤维 427

15.4.2 再生纤维素膜 429

15.4.3 纤维素气凝胶 435

15.4.4 纳米纤维素 439

参考文献 451

第16章 木素材料 472

16.1 木素的多级结构 472

16.1.1 木素结构单元 473

16.1.2 木素结构单元之间的连接键 473

16.1.3 木素的官能团 475

16.1.4 木素分子量 476

16.1.5 木素大分子与立体化学 476

16.2 木素的物理性质 478

16.2.1 表观物理性质 478

16.2.2 溶解性 479

16.2.3 热学性质 479

16.2.4 分子形状及超分子特征 479

16.2.5 缔合特性 481

16.3 木素的化学改性 481

16.3.1 衍生化 481

16.3.2 接枝改性 484

16.4 木素的聚合改性 485

16.4.1 交联反应 485

16.4.2 缩合反应 486

16.5 几种主要的木素材料 486

16.5.1 合成树脂材料 486

16.5.2 吸附剂 488

16.5.3 表面活性剂 490

16.5.4 碳纤维 491

16.5.5 纳米材料 497

16.5.6 水凝胶 501

参考文献 503

第17章 制浆造纸工业与生物质精炼的结合模式 519

17.1 近中性预抽提／制浆模式 519

17.2 亚硫酸盐溶解浆生物质精炼模式 521

17.2.1 亚硫酸铵工艺 521

17.2.2 亚硫酸镁工艺 522

17.2.3 SPORL工艺 523

17.3 预水解／溶解浆模式 525

17.3.1 基于预水解的硫酸盐法生产溶解浆工艺 526

17.3.2 水解强度等工艺条件对水解和制浆的影响 528

17.4 溶剂制浆生物质精炼模式 529

17.5 制浆废液精炼技术 530

17.5.1 黑液气化 530

17.5.2 废液中木素的精炼 532

17.5.3 粗塔罗油的精制 532

参考文献 533